Nettilknytning

Kraft fra et havvindanlegg kan overføres til land på to måter, enten via vekselstrøm eller likestrøm. Avstand til land og mengden kraft som skal overføres er avgjørende parametere for valg av overføringsteknologi.

Likestrøm er best egnet til å overføre store kraftmengder over lange avstander

Likestrøm er bedre egnet enn vekselstrøm til å overføre store kraftmengder over lange avstander. Dersom kraften overføres til land som likestrøm, må den imidlertid via en omformer både på land og til havs, fordi kraftnettet internt i havvindanlegget og på land er basert på vekselstrøm.

Omformerutstyr er tungt, plasskrevende og kostbart. Per i dag er det på verdensbasis kun etablert bunnfaste omformerstasjoner, ikke flytende. I forbindelse med regjeringens samarbeidsforum for havvind, har en ekspertgruppe beskrevet aktuelle teknologier og vurdert eventuelle teknologi-gap innenfor «nett» for flytende havvind. Disse har vurdert flytende omformerstasjoner som mer umodne enn flytende transformatorstasjoner til vekselstrømteknologi. Mye av utstyret er imidlertid likt for disse to typene stasjoner. Utstyret som er likt, kan derfor anses som teknologikvalifisert når flytende vekselstrømstasjoner er bygget og testet med relevant spennings- og effektnivå, mens selve omformerutstyret krever mer utvikling og testing.

Ifølge ekspertgruppen jobber leverandørene av likestrømteknologi med å kvalifisere selve omformerutstyret for flytende konstruksjoner. De vurderer dette som gjennomførbart, men teknologikvalifiseringen ligger noe lengre ut i tid enn for vekselstrømteknologi.  

Bunnfaste fundamenter til omformerstasjoner kan være teknologisk mulig og økonomisk forsvarlig å bygge på større dyp enn bunnfaste turbinfundamenter. Det kan derfor ikke utelukkes at det i et område for flytende vindkraftverk, kan være teknisk-økonomisk gunstig med bunnfaste omformerstasjoner.

Dersom avstanden fra et havvindanlegg til nettilknytningspunktet er rundt 100 kilometer eller lengre, er det naturlig å vurdere likestrømteknologi. Det vil innebære høye kostnader for omformere, men lavere kostnader per kilometer kabelforbindelse enn ved vekselstrømteknologi. Hva som er optimal avstand for å vurdere likestrøm heller enn vekselstrøm, avhenger av mange faktorer. I tillegg til ønsket overføringskapasitet, er muligheten for bunnfaste eller flytende omformerstasjoner en viktig faktor.

Vekselstrømteknologi er rimeligere, men har begrensninger

Den totale kostnaden ved bruk av vekselstrøm er normalt lavere enn for likestrøm. Dette fordi vekselstrøm ikke må omformes, og derfor krever mindre og lettere utstyr på land og til havs. Vekselstrøm har imidlertid større begrensninger når det kommer til hvor mye kraft som kan overføres over en gitt avstand. Avstanden til land vil derfor være en sterk kostnadsdriver for nettilknytningen. Du kan lese mer om kostnader for havvind og nettilknytning her.

Transformering til havs

Hvor mye kraft som kan overføre med vekselstrøm avhenger av hvilken spenning som benyttes, i tillegg til avstanden til land. Internt kabelnett i nyere havvindanlegg er ofte på 66 kV, men det jobbes med å heve utgangspenningen fra vindturbinene til 132 kV og det interne kabelnettet tilsvarende. En 132 kV kabelforbindelse med vekselstrømteknologi kan overføre rundt 200 MW, men mindre ved lange avstander.

Ved å heve spenningen på nettilknytningen til for eksempel 420 kV, kan det overføres mer kraft per kabelforbindelse. Dette krever imidlertid at det etableres en transformatorstasjon til havs som enten er bunnfast, flytende eller plassert på havbunnen. Denne omdanner spenningsnivået fra det interne kabelnettet til et høyere spenningsnivå, for eksempel 420 kV. En slik stasjon vil være en stor og kostbar konstruksjon. Bunnfaste fundamenter til transformatorstasjoner kan, i likhet med omformerstasjoner, være teknologisk mulig og økonomisk forsvarlig å bygge på større dyp enn bunnfaste havvindfundamenter. Transformatorstasjoner som er flytende eller plasseres på havbunnen er foreløpig umodne teknologier som per i dag ikke er bygd med de dimensjoner havvind krever.

Ved stor avstand til land kan det være mer kostnadseffektivt med en nettilknytning med transformering til havs og færre kabler til land enn en nettilknytning uten transformering, men med en rekke kabler. Hvor stor avstanden fra land må være, avhenger blant annet av havdybde, bunnforhold, overføringskapasitet, behov for reaktiv kompensering, tap og driftskostnader. Flere kabler vil også innebære et større arealbehov, noe som også bør tas med i vurderingen av om det skal etableres transformering eller ikke.

Utvikling av undervannsteknologi kan gi nye muligheter

De siste 10-15 årene har teknologiutvikling gjort det mulig å plassere flere typer elektriske anlegg på havbunnen, heller enn på innretninger på havoverflaten. Ved å plassere utstyr på havbunnen spares det plass, vekt og materialer på innretningene til havs. Dette kan være utstyr for transformering av spenning, bryter- og koblingsanlegg, og vil gi nyttevirkninger for nettilknytninger med vekselstrøm- og likestrømteknologi. Ekspertgruppen som har vurdert teknologigap for nett til flytende havvind, har vurdert at å sette selve omformeren i en likestrømstasjon på havbunnen ligger langt fram i tid, og kanskje aldri vil bli teknisk mulig. En likestrømstasjon inneholder imidlertid også vekselstrømkomponenter som lettere kan settes på havbunnen, og dermed også spare plass, vekt og materialer på likestrømstasjoner.

Teknologiutviklingen kan dermed føre til at overføring av kraft fra flytende havvind kan gjøres over lengre avstander på en økonomisk mer gunstig måte. Et eksempel er utviklingen av undervannstransformatorer. Kraften fra turbinene kan da føres med dynamiske kabler til en undervannstransformator, hvor spenningen heves. Dette gjør at kraften kan overføres til land uten bruk av fordyrende, dynamiske eksportkabler, og med færre kabler enn uten transformering.

Denne undervannsteknologien har sitt utspring i undervannskompresjons- og pumpesystemer i petroleumsindustrien, og det er etablert flere anlegg med høyspentutstyr under vann. Disse anleggene har imidlertid lavere overføringskapasitet og spenning enn behovene for havvind. Flere leverandører av høyspentutstyr har offentlig bekreftet at de jobber med å utvikle og kvalifisere undervannstransformatorer for havvindanlegg på effekter opp til 400 MVA og 245 kV spenning.

I flere havområder kan det være aktuelt med ulike grader av samordnet nettilknytning til land for havvind og annen aktivitet til havs. Samordning kan være alt fra at korridorer for kraftkabler samordnes for å redusere total arealpåvirkning, til at det etableres en felles kraftforbindelse til land.

I første omgang er samordning med havvind spesielt aktuelt for elektrifisering av petroleumsanlegg. Dersom det etableres en felles forbindelse til land, vil denne forsyne petroleumsinstallasjonene når havvindanlegget ikke produserer tilstrekkelig, og kraft som ikke benyttes på petroleumsinstallasjonene kan føres til land. En slik felles forbindelse krever som minimum et koblingsanlegg til havs, hvor ledninger i havvindanlegget kobles sammen med petroleumsinstallasjonen og ledning til land. Et slikt anlegg kan enten etableres i havvindområdet, eller på petroleumsinstallasjonen.

Muligheten for samordnet nettilknytning med annen aktivitet til havs bør utredes videre fram mot utlysning og konsesjonsbehandling av nye havvindområder med tilhørende nettilknytning. Om dette er rasjonelt å gjøre, kommer blant annet an på hvor i utredningsområdene det er aktuelt å etablere havvindanlegg. Modenhet og tidslinje for etablering av de ulike prosjektene som kan være aktuelle for samordning, kan også ha mye å si.

Det er en rekke petroleumsaktører som allerede har, eller er i ferd med å, elektrifisere sine petroleumsfelter via tilknytning til nettet på land. Det betyr at de har bygget, eller skal bygge, en koblings-/transformatorstasjon på sine innretninger til havs, og en kabel til land. Hvor mye havvind som eventuelt kunne vært samordnet med dette, avhenger blant annet av plass og vektbegrensninger på innretningene og overføringskapasiteten til land. Dette tilsier at for disse er samordning med havvind begrenset til mindre havvindanlegg. Siden eventuelt ledig areal/vektkapasitet alternativt kan brukes til å installere utstyr for økt/ny petroleumsaktivitet, kan tilknytning av havvind til en petroleumsinnretning medføre negative konsekvenser for videre utvikling av petroleum.

Flere av utredningsområdene har en avstand fra land der det kan bli behov for stasjonsanlegg Transformator-, kompenserings- og omformerstasjoner til havs. Ved etablering av havvindanlegg i disse områdene bør det gjøres en vurdering av om stasjonsanlegget også skal legge til rette for tilknytning av framtidige aktører. Det blir da viktig å ha på plass regler for kostnadsdeling og håndtering av tvister knyttet til slike tilknytninger. Reguleringsmyndigheten for energi (RME) har kommet med anbefalinger knyttet til dette blant annet i RME Rapport 7/2024: Regulering av nett til havs. Reguleringsmyndighetens rolle til havs og problemstillinger som bør adresseres i tidlig fase.

I fremtiden kan det også være aktuelt med havbruk, CO₂-lagring, hydrogenproduksjon og lignende forbruk til havs, som kan tilknyttes et havvindanlegg. Det er også mulig å koble sammen flere vindkraftverk til havs som har ulike tilknytningspunkter på land i et lokalt havnett. Dette kan ha en positiv nytte for flyten i nettet på land ved å gi havvindanleggene mulighet til å levere kraft til land også ved feil som berører ett av tilknytningspunktene, og dermed forsterke forsyningssikkerheten.

Nettilknytning av havvind er til nå hovedsakelig etablert som radialer En radial vil i denne sammenhengen si at et havvindanlegg er tilknyttet kun ett punkt på land og bare kan overføre kraftproduksjonen sin dit. til land, og med liten grad av felles nettløsninger mellom ulike anlegg. EU og Storbritannia har lansert store ambisjoner og planer for utbygging av havvind, og en stor andel av dette planlegges i Nordsjøen. For å bidra til å redusere antall nettanlegg, tilhørende kostnader og miljø- og arealinngrep, ses det nå i større grad på samordnede nettilknytninger mellom ulike havvindanlegg, også på tvers av landegrenser. Flere forskningsprosjekter har lansert muligheten for et masket likestrømnett i Nordsjøen, og flere land vurderer å bygge såkalte hybridprosjekter.

Hybride nettløsninger

En hybrid nettløsning er i denne sammenhengen en nettløsning som binder sammen produksjon og eventuelt forbruk til havs med minst to ulike land. Den kan både brukes til ilandføring av kraftproduksjon, og handel mellom landene som forbindelsen er knyttet til.

Ved en stor utbygging av havvind i Norge, vil det være mange områder hvor radialer til land er eneste mulige nettløsning. Særlig gjelder det for nordlige deler av landet, der det ikke er nærliggende landområder utenom Norge. Dersom det bygges ut større volumer med havvind i Norge og det blir behov for å eksportere noe av denne kraftproduksjonen, ligger områder sør i norske deler av Nordsjøen geografisk strategisk til for å vurdere hybride nettløsninger.

NVE har tidligere vurdert hvordan valg av radiell eller hybrid nettløsning for fase 2 av Sørlige Nordsjø II påvirker blant annet kraftflyt og prisdannelse i det norske kraftsystemet under ulike forutsetninger. Et hovedresultat fra analysen er at andre forhold enn valg av nettløsning har størst betydning for framtidige kraftpriser. For eksempel vil prisene på CO₂, kull og gass, samt utviklingen i kraftsystemene i Europa, være langt viktigere for de norske kraftprisene framover. Selv om en hybridløsning vil åpne for økt handel med utlandet, er Norge allerede eksponert for prisene i Europa gjennom flere mellomlandsforbindelser. Like fullt vil en radial nettløsning trolig føre til større flyt mot Norge samlet sett, og dermed gi noe lavere kraftpriser i Norge. Hvor store forskjeller det blir i kraftflyt og priser mellom en radial og hybrid nettløsning, avhenger blant annet av værhold, størrelse på overføringskapasiteten på forbindelsene og forholdet mellom denne og kapasiteten i havvindparken, og prisforskjeller mellom Norge og tilknyttede land. I løpet av et år vil en hybridløsning også gi perioder med større flyt mot Norge og lavere priser, slik som under vinteren når forbruket og prisene i Norge vanligvis er på sitt høyeste eller i perioder med lave priser på kontinentet.

Et større havnett

Et masket likestrømnett består av flere omformerstasjoner som er koblet sammen i et sammenhengende nett. I sin enkleste form kan dette gjøres ved at omformerstasjonene til havs i to hybridprosjekter kobles sammen med en likestrømkabel, som vist i figur under. Det andre ytterpunktet er at det etableres et sammenhengende likestrømnett som kobler sammen et større antall omformerstasjoner, med tilkoblinger til alle land som grenser til Nordsjøen. Dette er nettløsninger som krever teknologisk utvikling og standardisering for å kunne realiseres.

Havvind har en gunstig produksjonsprofil for det norske kraftsystemet, siden det blåser mest på vinteren når forbruket i Norge er høyt. Havvind vil derfor kunne dempe den gjennomsnittlige norske kraftprisen, spesielt på vinterstid.

Siden det ofte blåser over store områder samtidig, kan vi få perioder med samtidig høy havvindproduksjon i Norge og omkringliggende land. Dette vil gi tilhørende lave kraftpriser. En konsekvens av dette er imidlertid også at det kan oppstå en kannibaliseringseffekt, der vindkraftverkene bidrar til å redusere oppnådd pris både for egne og omliggende vindkraftverk. Utbygging av mer fornybar kraftproduksjon, både i Norge og i landene rundt oss, vil bidra til at prisene svinger mer enn vi har vært vant til tidligere. Som NVE har vist i Langsiktig kraftmarkedsanalyse 2023 vil fremvekst av fleksibilitetsteknologier kunne bidra til å dempe prisvariasjonen på lenger sikt.

Den geografiske plasseringen av havvindproduksjon vil kunne påvirke kraftflyt og kraftpriser innad i Norge. Det er mindre samvariasjon i vind mellom nord og sør i Norge enn det er mellom Sør-Norge og kontinentet. Markedsforholdene for havvind i Norges nordlige havområder vil dermed bli mindre påvirket av havvindutbygging i Europa.

Geografisk spredning av havvind kan også være positivt for kraftsystemet hvis det fører til at kraftproduksjonen fra de ulike vindkraftverkene er mindre korrelert. Det gir en mer stabil samlet havvindproduksjon, og kan gi et bedre bidrag til den nasjonale effektbalansen.